Рефрактометр для анизотропных кристаллов

 

РЕФРАКТОМЕТР для анизотропных кристаллов, содержащий источник излучения и последовательно расположенные по ходу излучения поляризатор , гониометр, анализатор и фотоприемник , отличающийся тем, что, с целью измерения коэффициентов пр шомпеиия анизотропных кристаллов, обладающих оптической активностью и дихроизмом, и повьппения точности измерений, в устройст-, во введены два полупрозрачных зеркала , пластина Z-среза, электрооптическйй модулятор, отражающее зеркало , узкополосный усилитель и нульиндикатор , причем первое полупрозрачное зеркало, пластина Z-среза и электрооптический модулятор расположены по ходу излучения между поляризатором и гониометром, при этом первое полупрозрачное зеркало установлено таким образом, что нормаль к ее поверхности составляет угол 45 относительно направления излучения , плоскость поляризации поляризатора (ППП) параллельна или перпендикулярна плоскости, содержащей нормаль первого полупрозрачного зеркала и совпадающей.с направлением излучения, толщина кварцевой пластины Z-среза соответствует вращению . -О плоскости поляризации на 45 , а оптическая ось эЯектрооптического модулятора , составляет 45 с ППП, после гониометра установлено перпендикулярно направлению излучения непрозрачное зеркало, по ходу излуче (Л ния, отраженного от первого полупро;зрачнс )го зеркала, установпены последовательно расположенные второе полупрозрачное зеркало, анализатор и фотоприемник, причем второе полупрозрачное зеркало установлено таким образом, что нормаль к ее поверхности составляет угол 45 с направлением излучения, отраженного от первого полупрозрачного зеркала, а плоскость поляризации анализатора о составляет угол с плоскостью, ел совпадающей с направлениями излуче ния, отраженного от первого и второ-: го полупрозрачных зеркал, при этом, выход фотоприемника соединен через узкополосный усилитель со входом нуль-индикатора.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

И 005 А

0% (И) ВСЮ С 01 N 21 4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ

И

°

° °

\Ю

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3514515/18-25 (22) 22.11.82 (46) 30.06.84. Бюл. № 24 (72) И.А.Рокос (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений ,(53) 535.24 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 335585, кл. С 01 N 21/41, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР № 495525, кл. G 01 В 9/02, G 01 N 21/41, 1975 (прототип) . (54)(57) РЕФРАКТОМЕТР для анизотропных кристаллов, содержащий источник излучения и последовательно расположенные по ходу излучения поляризатор, гониометр, анализатор и фотоприемник, отличающийся тем, что, с целью измерения коэффициентов преломпения анизотропных . кристаллов, обладающих оптической активностью и дихроизмом, и повыщения точности измерений, в устройст-, во введены два полупрозрачных зеркала, пластина Z-среза, электрооптический модулятор, отражающее зерка- . ло, узкополосный усилитель и нульиндикатор, причем первое полупрозрачное зеркало, пластина Z-среза и электрооптический модулятор расположены по ходу излучения между поляризатором и гониометром, при этом первое полупрозрачное зеркало установлено таким образом, что нормаль к ее поверхности составляет угол

45 относительно направления излучео ния, плоскость поляризации поляризатора (ППП) параллельна или перпендикулярна плоскости, содержащей нормаль первого полупрозрачного зеркала и совпадающей,с направлением излучения, толщина кварцевой пластины Z-среза соответствует вращению о плоскости поляризации на 45, а оптическая ось электрооптического модулятора составляет 45 с ППП, после гониометра установлено перпендикулярно направлению излучения непрозрачное зеркало, по ходу излучения, отраженного от первого полупрозрачнбго зеркала, установлены последовательно расположенные второе полупрозрачное зеркало, анализатор и фотоприемник, причем второе полупрозрачное зеркало установлено та.ким образом, что нормаль к ее поверхности составляет угол 45 с нас правлением излучения, отраженного от первого полупрозрачного зеркала, а плоскость поляризации анализатора составляет угол 45 с плоскостью, О совпадающей с направлениями излучения, отраженного от первого и второ-. .го полупрозрачных зеркал, при этом выход фотоприемника соединен через узкополосный усилитель со входом нуль-индикатора.

541 2

1100

Изобретение относится к оптике и измерительной технике и предназначено для измерения показателей преломления анизотропных кристаллов, преимущественно в инфракрасной области.

Известен рефрактометр, содержащий источник излучения, оптическую систему, поляризатор, модулятор, анализатор, приемник излучения и усили- 10 тель- (1) .

Однако данное устройство неприменимо для исследования анизотропных сред гониометрическим методом из-за влияния оптической активности, а I5 также линейного и циркулярного дихроизмов.

Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности рефрактометр для анизотропных кристаллов, содержа- 20 щий источник излучения, скрещенные или параллельные поляризатор и анализатор, между которыми установлена плоскопараллельная пластина, изготовленная из исследуемого одноосного кристалла, гониометр, спектрограф и фотографическое устройство. Исследуемую пластину устанавливают на поворотном столике гониометра так, что ее о оптическая ось отклонена на 45 относительно плоскости поляризации поляризатора и анализатора ° .При вращении: пластинки вокруг оптической оси измеряют углы падения луча, соответствующие минимуму интерференционной

35 . картины, по которым строят линии регрессии, используя известные функ. циональные зависимости. По наклону . линий регрессии определяют показатели преломления (2) .

Однако известное устройство невозможно применять для измерения показателей преломления кристаллов, обладающих оптической активнбстью, а также линейным и циркулярным дихроизмом. Кроме. того оно характеризуется низкой точностью измерений показателя преломления анизотропных кристаллов.

Цель изобретения — измерение коэффициентов преломления анизотропных

50 кристаллов, обладающих оптической активностью и дихроизмом, а также повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее источник излучения и последовательно расположенные по ходу излучения поляризатор,- гониометр, анализатор и фотоприемник, введены два полупрозрачных зеркала, пластина Е -среза, электроаптический модулятор, отражающее зеркало, узкополосный усилитель, и нуль-индикатор, причем первое полупрозрачное зеркало, плас— тина Z -среза и электрооптический модулятор расположены по ходу излучения между поляризатором и гониометром, при этом первое полупрозрачное зеркало установлено .таким образом, что нормаль к ее поверхности составляет угол 45 относительно направлео ния излучения, ППП параллельна или перпендикулярна плоскости, содержа" щей нормаль первого полупрозрачного зеркала и совпадающей с направлением излучения, толщина. кварцевой пластины Е -среза соответствует вращению о плоскости поляризации на 45, à оптическая ось электрооптического моо дулятора составляет угол 45 с ППП,, после гониометра установлено перпендикулярно направлению излучения непрозрачное зеркало, по ходу излучения, отраженного от первого полупрозрачного зеркала, установлены последовательно расположенные второе полупрозрачное зеркало, анализатор и фотоприемник, причем второе полупрозрачное зеркало установлено таким образом что нормаль к ее по- .

Ф

0 верхности составляет угол 45 с направлением излучения, отраженного от первого полупрозрачного зеркала, а плоскость поляризации анализатора составляет угол 45 с плоскостью, совпадающей с направлениями излучения, отраженного от первого и второго полупрозрачных зеркал, при этом выход фотоприемника соединен через узкополосный усилитель с входом нуль-индикатора.

На фиг. 1 схематически изображено предлагаемое устройство, на фиг. 2 — азимуты оптических осей анизотройных элементов на фиг, 3— ч зависимостЪ сигнала на выходе узкополосного усилителя от угла падения; луча 6 на исследуемую кристаллическую пластину.

Рефрактометр содержит источник 1 монохроматического коллимированного излучения и расположенные по ходу излучения поляризатор 2, первое полупрозрачное зеркало 3, кварцевую пластину Z-среза 4, электрооптический модулятор 5, гониометр 6, на поворотном столике которого установлен

3 — разность фаз между ортогонально поляризовайными лучами, б =49 sinQtу

6,Ы вЂ” соответственно амплитуда и частота модуляции.

При вращении исследуемой кристалической пластинки вокруг оси,перпендикулярной лучу, на некоторый угол 1» (фиг.3) на анализатор падает инейно поляризованный луч при о = K)i и на выходе узкополосного усиителя имеет место нулевой сигнал, коорый фиксирует нуль-индикатор 13. о измеренным углам ; рассчитывают значения показателей преломления. В астности, если исследуемым объектом вляется одноосный кристалл, оптичесая ось которого перпендикулярна оси ращения и лежит в плоскости среза, оказатели преломления можно опреелить по формулам:

1100541

3 держатель исследуемого объекта 7, непрозрачное зеркало 8, второе полу- прозрачное зеркало 9, анализатор 10,: фотоумножитель 11, узкополосный усилитель 12 и нуль-индикатор 13.

Устройство работает следующим образом

Линейно поляризованный луч, л прошедший сквозь полупрозрачное зеркало 3 без изменения состояния по- 10 ляриэации, поскольку плоскость поляризации луча параллельна (или пернендикулярна) плоскости падения луча

У на зеркало, попадает на кварцевую: пластинку Е -среза 4, толщина кбторой:f5 подобрана таким образом, чтобы плос-кость поляризации луча повернулась о на 45 . При прохождении луча сквозь электрооптический модулятор 5 в прямом направлении его состояние поляри- 20 ,зации меняется незначительно и толь-. ко вследствие паразитной электроги-. рации, так как оптическая ось модулятора параллельна плоскости поляризации падающего луча. При обратном 25 прохождении луча сквозь электрооптический модулятор 5 изменение со/ стояния поляризации луча за счет электрогирации компенсируется, поэтому, если между модулятором 5 и »0 непрозрачным зеркалом 8 не установлен исследуемый объект, который может изменить состояние поляризации луча, на анализатор 10 падает линейно поляризованный луч, и на выходе узкополосного усилителя 12,настроен( ного на частоту модуляции электрооптического модулятора 5, имеет место нулевой сигнал. При установке на поворотном столике гонио- - 40 метра 6 исследуемого объекта луч

I . становится благодаря двупреломлению эллиптически поляризованным.

Ортогональные составляющие луча интерферируют на анализаторе 10, причем, поскольку одна составляющая, модулирована по фазе, фототок на выходе фотоумножителя 11 имеет вид!

I =1О(Т,+T<((T*, ° Т )со В+ (() (2) i)0 (3)

Поскольку. в формулу (2) для и не входят значения длины волны излучения 1) и толщины пластины d, погрешности определения h и d не влияют на точность измерения n . Кроме того, при известном и< формула (3) может служить для определения d (при известном Я ) или 1) (при известном d) по измеренным углам E, Eg и Г . . Предлагаемый рефрактометр измеря . ет показатели преломления не только одноосных, но и двуосных кристаллов при произвольной (в том числе и неизвестной) ориентации оптический осей.

Когда ориентация оптических осей кристаллической пластины неизвестна, проводят пять измерений углов падения » в случае одноосиого кристалла и восемь измерений „ в случае двуосного. Составляя соответственно четыре или семь уравнений, соответствующих изменению разности хода на

Х вЂ” при повороте пластины от Я; до

Е;+», находят показатели преломления и направляющие косинусы оптических осей.

В предлагаемом устройстве исключены циркулярные эффекты вследствие наличия зеркала 8 и влияние линейно. ! (p 50

».2т, 7 s»n%».) юй), (l) где Т Т вЂ” амплитудные коэффици1 2 енты пропускания для . ортогоиально поляризованных лучей, нерав- 55 ность которых обусловливает линейный дихроиэм (2 )

»

° г

Пе= По 1 (25)YI (.2 %»п Е„-5 n E>) 1100541 го дихроизма в результате применения модуляции, характер которой определен ориентацией элементов. При укаэанной на фиг. 2 ориентации оптических осей элементов 2, S и 10 фототок, который 5 пропорционален интенсивности луча после анализатора 8, определяется уравнением (1). Из уравнения (1) видно, что нечетные гармоники пропорциональны линейному двупреломлению (sin 8-), четнь1е гармоники — линейному дихроизму (Т вЂ” Т ) . Поскольку уз1 кополосный усилитель 10 настроен на частоту модуляции электрооптаческого модулятора 6 (или другую нечетную гармонику), то линейный дихроиэм не влияет на точность измерений ли.нейного двупреломпения. Повьппение точности измерений показателя прелом-ления обеспечивается за счет двойного прохождения лучей благодаря исключению влияния электрогирации модулирующего кристалла и погрешности, вызванной раздвоением луча из-за двупреломления, что обеспечивается прохождением отраженных лучей по тождественной траектории.

Оптическая схема рефрактометра удовлетворяет основным требованиям, предъявляемым к прецизионным модуляционным приборам, т.е. исключено влияние на точность измерений дрейфа рабочей точки модулятора благодаря ориентации модулятора 6 и анализатора 8, а также искажений состояния поляризации лучей на полупрозрачных зеркалах,что обеспечивается перпендикулярностью их плоскостей падения.

Применение интерференционного

Н гониометра с точностью отсчета 0,1 позволяет измерить показатели преломления ряда кристаллов в инфракрасной области спектра с точностью

1-510

1100541

Составитель С.-Голубев

Редактор Л.Пчелинская Техред Л. Иикеш Корректор О. Билак .Заказ 4573/34 Тираж 823, Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская -наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4